自學工業控制網絡之路1.3-典型的現場總線介紹FF

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自學工業控制網絡之路1.3-典型的現場總線介紹FF

1994年6月，ISP和WORLDFIP合併成立現場總線基金會FF。
1998年，FF基金會開發了HSE 10/100Mb/s取代了H2，200年3月發佈(HSE是一種基於Ethernet+TCP/IP協議、運行在100Base-T以太網上的高速現場總線)。

1. FF簡介

1.1  FF組成

基金會現場總線(Foundation Fieldbus)一般簡稱爲FF現場總線，它分爲H1和H2兩級總線。

  H1低速現場總線：

• 採用位同步數字化傳輸方式；
• 傳輸速率爲31.25kb/s；

• 驅動電壓9～32VDC；信號電流±9mA；

•  

  電纜型式屏蔽雙絞線；

•  

  接線拓撲結構可採用線型、樹型、星型或者符合型；

•  

  電纜長度小於等於1900m（無中繼器時）；
• 分支電纜的長度30～120m；
• 掛界設備數量小於等於32臺（無中繼器時）；
• 可用中繼器小於等於4臺；
• 供電與通訊
• 適用防爆方法有本質安全防爆方法等。

  H2高速現場總線：

• 傳輸率爲1Mbps和 2.5Mbps；
• 傳輸介質可支持比絞線、光纜和無線發射
• 可繼承多達32條H1總線
• 冗餘
• 傳輸率爲1Mbps和 2.5Mbps對應的電纜長度750m/500m；
• 支持OLC和加工工業設備

1.2  FF主要技術

FF圍繞工廠底層網絡和全分佈自動化系統兩方面造成了其技術特點，主要技術有：

• 基金會現場總線的通訊技術
  通訊模型、通訊協議、通訊控制器芯片、通訊網絡語系統管理等內容
• 標準化功能塊（FB:Function Block）與功能塊應用進程（FBAP：Function Block Application Process）
  便於實現不一樣製造廠商產品的混合組態與調用。
  功能塊的通用結構式實現開放系統構架的基礎，也是實現各類網絡功能與自動化功能的基礎。
  功能塊應用進程位於FF總線通訊模型的最高層用戶層。FF用戶層協議將實現控制系統所需的各類功能封裝爲通用的模塊結構，並定義他們的輸入、輸出、算法、事件及控制圖等內容，從而造成了功能模塊FB。
  FF現場總線把功能塊FB主要分紅了3類：資源塊(Resource Block)、轉換塊(Transducer Block)、功能塊FB。
       資源塊描述了諸如設備名、生產廠家和序號等的現場總線設備特徵。一臺設備只有一個資源塊。
       轉換塊把功能塊從讀傳感器和命令輸出硬件的本地輸入/輸出的功能分開，還包含標定日期和傳感器類型等信息。每一個輸入或輸出功能塊一般就是一個轉換塊。
       功能塊提供了控制系統行爲。功能塊的輸入和輸出經過現場總線相鏈接。每一個功能塊的執行被精確地調度。在一個用戶應用中能夠有多個功能塊。

   

• 設備描述（DD:Device Description）與設備描述語言（DDL:Device Description Language）
  互操做性是設備驅動的基礎，能夠看作是設備的驅動程序。
  DD是屬於FF的報文規範層（FMS,Fieldbus Message Speciafication）的一個內容。設備描述DD是爲虛擬現場設備VFD中的每一個對象提供擴展描述，爲控制系統或主機在理解VFD 中數據的意義提供必要的信息，所以，DD 可被看做是設備的一個驅動器。在每次組態設備之間必須確認是否安裝該設備的設備描述語言。
• 現場總線通訊控制器與智能儀表或工業控制計算機以前的技術接口
• 系統集成技術---通訊系統與控制系統的集成。
• 系統測試技術---一致性與互可操做性測試技術（產品、系統）；總線監聽分析；系統功能測試

2. FF現場總線體系結構

FF的體系結構式參照ISO定製的，使用其第1層物理層、第2層數據鏈路層和第3層應用層，及增長了用戶層。

（1）物理層

FF物理層符合IEC1158-1規定。定義了現場總線的傳輸介質、傳輸速率、最大傳輸距離、拓撲結構及信號類型等。

傳輸介質可使雙絞線、同軸電纜、光纖和無線電。

FF最初給出了兩種速率現場總線，H1 和 H2 ，詳細見上面介紹；

但隨着發展，H2的設計已經不能知足實時信息傳輸的帶寬要求，因而誕生了HSE，替代了H2。

 （2）數據鏈路層

具體來講，現場總線設備在數據鏈路層可分爲兩種：

• BASIC DEVICE（基本設備）
• LINK MASTER DEVICE(鏈路主設備)

在每個網段都有一個特殊的LINK MASTER DEVICE，它可以調度本網絡段各個設備的通訊活動，稱爲LINK ACTIVITY SCHEDULER（LAS）鏈路活動調度。
LAS經過調度表指示一個設備發送週期數據，當沒有周期性數據發送時，LAS循環地向全部LINK MASTER DEVICE發送令牌，時期得到發送非週期性數據的機會。此外，數據鏈路層還要完成兩條總線之間通訊的橋路鏈接管理。

 （3）應用層

應用層主要任務是定義現場總線的命令、響應、數據和事件。

應用層分兩個子層：

• 上層，總線報文規範層FMS，爲用戶層提供服務
• 下層，現場總線訪問子層FAS，與數據鏈路層鏈接

  （4）用戶層

用戶層是最外一層，規定了一些標準的功能模塊FB，以供用戶組態構成系統。其中基本功能塊10個，先進功能塊7個，計算功能塊7個，輔助功能塊5個。功能塊由輸入、輸出、算法和參數四大要素組成。